《环境工程学》第三章---水的生物化学处理方法-课件1

1、第三章 水的生物化学处理方法水的生物化学处理方法： 在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有机物效率的一种水处理方法。作用：主要用于去除水中溶解性和胶体性有机物，降低水中氮、磷等营养物的含量。优点：投资省，运转费用低，处理效果好，操作简单等，广泛应用于城市污水和工业废水的处理。可分为：好氧法厌氧法或分为：悬浮生长系统附着生长系统第一节 废水处理微生物学基础微生物分类：自养型、异养型微生物；好氧、厌氧、兼性微生物；微生物的代谢过程：P225异化作用：能量的生产和获取的生物过程；同化作用：细胞组织生产的生物过程。一、活性污泥法（Activated-Sludg

2、e Process）（一）基本原理活性污泥：由好氧菌（兼性菌）及其所吸附的有机物和代谢产物等组成的絮凝体。活性污泥法：以悬浮在水中的活性污泥为主体，在有利于微生物生长的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。第二节 好氧悬浮生长处理技术主体构筑物1、活性污泥法的净化过程与机理 P228 活性污泥去除水中有机物，主要经历三个阶段： 吸附阶段 短时间内（约1020min），水中有机物迅速降低，BOD、COD约去除8590。絮状活性污泥比表面积约2000-10000m2/m3(混合液)。初期吸附性能取决于污泥的活性。 氧化阶段 在有氧条件下，通过微生物的代谢过程，将部分有机物转化为小分子无机

3、物，部分合成新的细胞质。这一阶段比吸附阶段慢得多。 絮凝体形成与凝聚沉降阶段 氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉降作用从水中分离出来。2、影响活性污泥增长的因素 溶解氧 活性污泥混合液中DO浓度以2mg/L左右为宜。 若供氧不足，易造成丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长，使污泥不易沉淀，导致污泥膨胀发生。 营养物 C、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe及各种微量元素。 C元素的需要量一般以BOD5负荷率表示。一般BOD5:N:P100:5:1。 pH和温度 pH一般为6.59.0； 温度以2030为宜。 控制毒物浓度 重金属、氰化物、H2S、卤族元素及其化合物、酚、醇、醛等。3、

4、评价活性污泥性能的指标 活性污泥是由细菌、真菌、原生动物（钟虫）、少量后生动物（轮虫）等生物群体共同组成。（1）混合液悬浮固体（MLSS） 指混合液悬浮固体数量，mg/L； 计量曝气池中活性污泥数量的指标，mg/L. MLSS = Ma + Me + Mi + Mii Ma：具有活性的微生物； Me：微生物自身氧化的残留物； Mi：吸附在污泥上而未被生物降解的有机物； Mii：无机物。（2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） 混合液悬浮固体中有机物的数量，mg/L； MLVSS = Ma + Me + Mi（4）污泥(容积)指数（SVI） 曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的

5、容积，以mL计； 反映活性污泥的松散程度（活性）和絮凝、沉降性能；一般城市污水，SVI在50150左右。（5）污泥龄（C） 指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，d； 表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间； 可反映出细菌的增长处于何种阶段。3、评价活性污泥性能的指标（3）污泥沉降比（SV） 指曝气池混合液在100mL量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液的体积分数，； 反映曝气池正常运行时的污泥量，用以控制剩余污泥的排放； 还能及时反映出污泥膨胀等异常情况。（二）活性污泥系统生物过程动力学1、完全混合式进水一流入曝气池即得到完全混合。Q水量；S有机物浓度；X污泥浓

6、度.2、推流式 水和回流污泥只发生横向混合，不发生纵向混合。或(X00, Xe0)（三）曝气方法与曝气池的构造 P2331、曝气过程的机理曝气的目的：将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，同时提供适宜的搅拌，保持活性污泥处于悬浮状态。曝气池内氧转移速率： KLa氧的总转移系数，h-1； s液体的饱和溶解氧浓度，mg/L； L液体的实际溶解氧浓度，mg/L.KLa的大小因空气量、水温、搅拌方法、水质等条件而变化，可通过实验测定；缩小气泡直径，延长气液接触时间，更新液界膜并减少界膜厚度，都能增大KLa，从而增大氧转移速率。加大水深，增加空气中氧含量（甚至纯氧）等，都有助于加大s，提高氧转移速率。

7、mg/(L.h)2、曝气方法鼓风曝气：常用的曝气方法，由加压设备、管道系统和扩散装置三部分组成。加压设备：一般是回转式或离心式鼓风机。扩散装置：小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、机械剪切等；微气泡曝气器：扩散板、扩散管、扩散罩；中气泡曝气器：穿孔管扩散器；水力剪切扩散装置：倒盆式、射流式、固定螺旋式；机械曝气：利用叶轮或转刷等设备的转动，剧烈搅动水面，使空气中的氧迅速溶入水中。曝气叶轮：可分为泵型、倒伞型、平板型。表面曝气将叶轮安装在水表面。叶轮充氧的三种作用过程：叶轮的提水与输水作用，使池内液体流动，促进气-液接触，更新和吸入氧气；叶轮旋转带动水飞溅形成水跃而夹带进空气；叶片背面形成负压，吸

8、入空气。穿孔管曝气转刷曝气设备转盘曝气设备(美国US Filter产品) 转碟曝气设备荷兰DHV公司表曝机倒伞表面曝气机3、曝气池的类型与构造 P234推流式曝气池 长方廊道形池子，常采用鼓风曝气。 扩散装置设在池子的一侧，使水流在池子中呈螺旋状前进，前段水流与后段水流不发生混合。 为防止短流，廊道长、宽比应大于46。完全混合式曝气池 多为圆形、方形或多边形池子，常采用叶轮式机械曝气。 废水进入反应池与池中混合液充分混合，池内废水完全均匀一致。 池子多为圆形、 方形、多边形循环混合式曝气池（氧化沟） 其平面形状像跑道，多采用转刷曝气。 转刷转动使混合液曝气并在池内循环流动，使活性污泥保持悬浮状

9、态。 整体而言，流体是完全混合的，但局部又具有推流的特征。 连续运行时，需另设二次沉淀池和污泥回流系统； 间歇运行时，可省去二沉池。 流程简单，施工方便，曝气转刷易制作，布置紧凑，有应用前景。运行中的曝气池（四）活性污泥法的运行方式1、传统活性污泥法（普通活性污泥法）曝气池为推流式，吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成：进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量亦降低；对有机物和悬浮物去除率高达8595，特别适用于处理要求高、水质比较稳定的废水。缺点：不能适应冲击负荷；需氧量沿池长前大后小，造成前段氧量不足，后段氧量过剩；曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用高。2、阶段曝气法（逐步曝气

10、法）污水沿池长分段多点进入，有机物负荷分布较为均匀，需氧量亦较为均匀，有利于微生物对有机物的充分分解；污泥浓度沿池长逐步降低，出流污泥浓度低，利于二沉池运行；可提高空气利用率和曝气池的工作能力，减轻二沉池负荷；适用于大型曝气池及高浓度废水。污水加速曝气法曝气时间短，仅24h，BOD去除率达90；利用处于对数增长阶段的微生物来处理废水；微生物活力强，絮凝性能较差，出水中有机物含量较多；延时曝气法曝气时间长，约1-3d；微生物处于内源代谢阶段，基本上无污泥外排，省去污泥处理设施；曝气池容积大，曝气时间长，基建费和动力费较高。适用于要求高，又不便于污泥处理的中小城镇或工业废水处理。3、完全混合法污水

11、污泥4、生物吸附法（接触稳定法）污水和活性污泥在吸附池内混合接触0.51h，完成大部分悬浮物、胶体状物质和溶解有机物的吸附过程；进入二沉池进行分离，回流污泥先在再生池内曝气23h，恢复活性后再回到吸附池；总容积小，可大大降低建筑费用；但处理效果稍差，不适用于含溶解性有机物多的废水。曝气23h5、氧化沟（循环混合曝气池） 卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟又称平行多渠形氧化沟，由荷兰DHV公司开发。应用立式低速表面曝气供氧并推动水流前进，沟深较大，一般为4.04.5m，占地面积小。在进水区设置了缺氧区，约占氧化沟体积的15%，具有脱氮、除磷功能。BOD5、氮、磷去除率分别达95%、90%和50

12、%以上。 奥贝尔(Orbal)氧化沟又称同心沟式氧化沟，有多条沟渠，污水依次从外沟流向内沟，从内沟流出，进入二沉池；可减少水流短路，提高去除效率。常用三沟型，三条沟的容积比为(67)：(23)：1。各沟内DO和有机物浓度均不相同，可实现脱氮、除磷。6、序批式活性污泥法（SBR，sequencing batch reactor）是一种间歇运行的活性污泥法；一个周期共五个操作步骤：进水、反应、沉淀、排水、待机；所有操作均在设有曝气或搅拌装置的同一设备中完成，不需沉淀池和污泥回流装置；操作灵活，耐冲击负荷，运行管理自动化，占地面积和基建投资小，适用于中小水量的污水处理。7、膜生物反应器（membra

13、ne bioreactor）是一种将生物反应器与膜过滤相结合的污水处理工艺，利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用膜组件过滤分离生物处理产生的污泥。出水水质好，结构紧凑，容积负荷高，剩余污泥产量少；应用：生活污水处理；化工、医药、电子、金属处理、汽车制造等工业废水；屠宰场废水、粪便水、医院废水和垃圾渗滤液的处理。分置式：运行稳定，操作简便，膜的清洗和更换方便； 动力消耗大，微生物菌体容易失活；一体式：运行动力费用低，布置紧凑，占地小； 膜的清洗与更换不方便。3-5下表列出几种活性污泥法的运行参数，供参考。（五）活性污泥法运行中的监测项目 P255为使活性污泥法正常运转，需对运转情况进行定期

14、监测，主要项目包括：（1）反映处理效果的指标：进、出水的BOD5、COD，进出水总SS和挥发性SS，进出水有毒有害物质浓度等。（2）反映污泥状况的指标：曝气池混合液中的各种指标，包括SV、SVI、MLSS、MLVSS，溶解氧，微生物观察等。（3）反映污泥营养和环境条件的指标：氮、磷、水温、pH等。 一般SV和DO每24h测定1次，微生物观察每班1次，其他各项每天1次。其他项目：（4）反映处理流量的指标：进水量、回流污泥量和剩余污泥量。（5）反映设备运转状况的项目：水泵、泥泵、鼓风机、曝气机等主要工艺设备的运行参数，如压力、流量、电流、电压等。（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础 P251一个完整的工艺设计应当包括： 流程的选择； 曝气池容积计算和工艺设计； 曝气设备的计算与设计； 回流污泥设备的设计与计算； 二沉池的计算和设计。 生活污水或性质相近的工业废水：可采用较为成熟的设计数据作为参考或使用； 其他类型废水：往往需进行试验研究，以获得关键参数。 有时还需进行多方案的比较和优化分析。1、曝气池的容积最常用的两个设计参数： 污泥龄：污泥平均停留时间，即曝气池活性污泥总量/每日排放的剩余污泥量； 食物/微生物（F/M）：BOD5与曝气池混合液（挥发性）悬浮固体的比值污泥负荷Fw（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础 BOD污泥负荷 kg(BOD5)/k